以太網(wǎng)光纖通道(FCoE)技術(shù)綜述

1、什么是？它是在怎樣的背景之下產(chǎn)生的？它能給用戶帶來怎樣的便利與好處？以太網(wǎng)光纖通道技術(shù)綜述文/楊小朋目前，數(shù)據(jù)中心正以前所未有的速度增長，企業(yè)級(jí)應(yīng)用需要更強(qiáng)的計(jì)算能力，服務(wù)成為企業(yè)面向客戶的核心策略，包括電子郵件、文件、以及多媒體等在內(nèi)的數(shù)據(jù)量不斷增多，等等。此外，法規(guī)遵從要求數(shù)據(jù)作較長時(shí)間的保存。所有這些要求使得運(yùn)行一個(gè)數(shù)據(jù)中心變得日益復(fù)雜和昂貴。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)中心通常運(yùn)行多個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)：一個(gè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（）用于客戶機(jī)到服務(wù)器和服務(wù)器到服務(wù)器的通信；一個(gè)光纖通道的存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（SA）N用于服務(wù)器和存儲(chǔ)設(shè)備的通信。為了支持各類型網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)中心的服務(wù)器上需要為每種網(wǎng)絡(luò)配置單獨(dú)的接口，即以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接

2、口卡（）和光纖通道主機(jī)總線適配器。并且服務(wù)器通常還具有其他專用的網(wǎng)絡(luò)接口，用于管理、備份和虛擬機(jī)即時(shí)遷移。對(duì)這些接口提供支持需要大量接口卡、布線、機(jī)架空間、上行交換機(jī)。多種并行的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)增加了數(shù)據(jù)中心的建設(shè)成本和電力、冷卻方面的開支以及空間的消耗，使得數(shù)據(jù)中心管理更加困難，削弱了業(yè)務(wù)靈活性。網(wǎng)絡(luò)融合是數(shù)據(jù)中心應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)的發(fā)展方向如圖所示）便是一種網(wǎng)絡(luò)融合的技術(shù)，可以使得和以太網(wǎng)共享一個(gè)單一的，集成的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施?？梢詾閿?shù)據(jù)中心帶來顯著的業(yè)務(wù)優(yōu)勢(shì)：更低的總體擁有成本：通過為流量提供統(tǒng)一交換網(wǎng)絡(luò)，融合網(wǎng)絡(luò)能夠整合并更有效的利用以前分散的資源，通過消除不必要的交換基礎(chǔ)設(shè)施，將服務(wù)器的適配器與線纜的

3、數(shù)量減少多達(dá)0大幅減少電力和冷卻成本。同時(shí)，簡化的基礎(chǔ)設(shè)施還可以降低管理和運(yùn)營的開支。強(qiáng)大的投資保護(hù)：可以和數(shù)據(jù)中心現(xiàn)有的以太網(wǎng)及基礎(chǔ)設(shè)施無縫互通,使用戶享受融合網(wǎng)絡(luò)帶來的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)延續(xù)以太網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的架構(gòu)，管理和運(yùn)營最佳實(shí)踐。增強(qiáng)的業(yè)務(wù)靈活性：使得所有的服務(wù)器均能訪問存儲(chǔ)設(shè)備，在虛擬機(jī)移動(dòng)的情況下可為虛擬機(jī)提供一致的存儲(chǔ)連接，這樣也提高了系統(tǒng)的靈活性和可用性。圖當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和通過整合后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以太網(wǎng)與設(shè)計(jì)差異比較以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)思路圖以太網(wǎng)的基本模型如圖所示為傳統(tǒng)以太網(wǎng)的基本模型，其特點(diǎn)是“無限制性和盡力而為”，正是這種特點(diǎn)使得以太網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及流量模型具有高度靈活性。對(duì)以太網(wǎng)這種特點(diǎn)的理

4、解包括以下五點(diǎn)。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。以太網(wǎng)由交換機(jī)和主機(jī)節(jié)點(diǎn)這兩個(gè)基本元素組成，交換機(jī)之間成網(wǎng)狀互聯(lián)，主機(jī)節(jié)點(diǎn)間沒有預(yù)先定義的主從訪問關(guān)系。任何一臺(tái)主機(jī)都可以是發(fā)起訪問的客戶端，也可以是被訪問的服務(wù)器。傳輸可靠性。傳統(tǒng)以太網(wǎng)本身不保證傳輸可靠性，在轉(zhuǎn)發(fā)層層面采用“盡力而為”的思想，傳輸可靠性由上層協(xié)議實(shí)現(xiàn)，例如，通過協(xié)議可實(shí)現(xiàn)報(bào)文重傳機(jī)制和滑動(dòng)窗口機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。以太網(wǎng)本身只負(fù)責(zé)報(bào)文傳輸，不提供更多網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如相關(guān)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)由防火墻、負(fù)載分擔(dān)設(shè)備、網(wǎng)流分析設(shè)備等實(shí)現(xiàn)。流量模型。對(duì)于分層（接入、匯聚/分布、核心）網(wǎng)絡(luò)模型來說，以太網(wǎng)既有同層間的橫向流量（如同一接入層設(shè)備的主機(jī)間互訪），也有跨層的縱向流量（如

5、不同接入層設(shè)備的主機(jī)跨匯聚/核心的互訪）。高可用性。通過物理上的全連接和冗余節(jié)點(diǎn)部署，并輔以生成樹協(xié)議和動(dòng)態(tài)路由協(xié)議實(shí)現(xiàn)環(huán)路避免和流量分擔(dān)。圖2.局域網(wǎng)分層架構(gòu)由傳統(tǒng)以太網(wǎng)技術(shù)構(gòu)成的局域網(wǎng)（本文主要討論數(shù)據(jù)中心局域網(wǎng)），最常用的設(shè)計(jì)模型是“接入?yún)R聚一一核心”分層架構(gòu)，如圖所示。服務(wù)器采用雙網(wǎng)卡接入方式上行到兩臺(tái)接入層交換機(jī)。采用設(shè)備冗余部署方式以保證高可用性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小時(shí)，核心與匯聚核心合并，形成“接入/匯聚一一核心”兩層架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)二層與網(wǎng)絡(luò)三層的邊界通常在匯聚交換機(jī)上。二層網(wǎng)絡(luò)通過生成樹協(xié)議避免環(huán)路，也可以采用虛擬化（如）技術(shù)避免環(huán)路。匯聚層上通常部署各種層服務(wù)，實(shí)現(xiàn)安全控制和應(yīng)用優(yōu)化。

6、傳統(tǒng)FCSAN設(shè)計(jì)思路圖FCSA的基本模型如圖所示為FCSAN的基本模型，其特點(diǎn)是“流向確定和可靠傳輸”。FC網(wǎng)絡(luò)本身可承載多種上層協(xié)議，如、SCS等，但由于FC協(xié)議在標(biāo)準(zhǔn)化之初，具備其他協(xié)議所不及的高帶寬和可靠傳輸特性（不丟包），這種特性滿足了SCS的傳輸需求，所以FC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的最廣泛應(yīng)用是構(gòu)建存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)（SAN）,即通過FC協(xié)議承載SCS報(bào)文。與此相比，以太網(wǎng)只有物理層（）與訪問控制層（AC，其本身所具備的靈活性使以太網(wǎng)更適合于局域網(wǎng)中承載報(bào)文。對(duì)FCSAN“流向確定和可靠傳輸”特點(diǎn)的理解包括以下五點(diǎn)：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：FCSAN由FC交換機(jī)、（存儲(chǔ)訪問的發(fā)起方）、（受訪存儲(chǔ)設(shè)備）三種基本元素構(gòu)成，

7、FC交換機(jī)間網(wǎng)狀互聯(lián)。訪問發(fā)起方與受訪端的關(guān)系明確定義，也就是說流量方向明確定義。傳輸可靠性：FC網(wǎng)絡(luò)采用基于C的流控機(jī)制，可能夠保證無丟包傳輸。C數(shù)目代表FC網(wǎng)絡(luò)端口接收方向可緩存的報(bào)文數(shù)，當(dāng)發(fā)送一個(gè)報(bào)文后C減，當(dāng)減到時(shí)便不能再發(fā)報(bào)文，當(dāng)收到對(duì)端發(fā)來的報(bào)文接受確認(rèn)時(shí)，C加。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)：FC協(xié)議內(nèi)置的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)包括NS（名稱服務(wù)器）、SCN（注冊(cè)狀態(tài)變化通知）、F（通過帶內(nèi)通信管理卡等設(shè)備的機(jī)制）等。流量模型：對(duì)于采用分層（核心一邊緣）模型的FCSAN，只有縱向跨層流量（邊緣一核心一邊緣）。因此在規(guī)劃FCSAN時(shí)，可以根據(jù)（主機(jī)）的數(shù)量和流量，明確定義邊緣FC交換機(jī)上行端口的收斂比。相比與以太網(wǎng)，

8、由于接入層主機(jī)間存在橫線訪問流量，因此接入層上行端口的收斂比存在更多不確定性因素。高可用性：對(duì)于高可用的，要求從到必須存在兩條完全獨(dú)立的路徑，也就是說從主機(jī)的角度看到的是完全不同的、各自獨(dú)立、沒有交叉的兩個(gè)網(wǎng)路，在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，提供各自的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（如等），運(yùn)行各自的路由協(xié)議（）。圖邊緣一核心架構(gòu)“邊緣一核心”分層架構(gòu)是建設(shè)時(shí)最常用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型，如圖所示。服務(wù)器端（）采用雙網(wǎng)卡分別接入到不同的邊緣交換機(jī)，服務(wù)器上通過多路徑軟件實(shí)現(xiàn)磁盤負(fù)載分擔(dān)與磁盤訪問的高可用性。存儲(chǔ)設(shè)備（）采用雙歸屬方式接入到核心交換機(jī)。對(duì)于大型的網(wǎng)絡(luò)，在存儲(chǔ)設(shè)備端可增加一層邊緣交換機(jī)，構(gòu)成“邊緣一核心一邊緣”架構(gòu)。服核心交換

9、機(jī)做為主交換機(jī)，并向邊緣交換機(jī)提供各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（如）S邊緣交換機(jī)之間不做橫向互聯(lián)（中沒有橫向互訪需求），不同的邊緣交換機(jī)與核心交換機(jī)組合，形成多個(gè)相互獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。從邊緣交換機(jī)上行到核心交換機(jī)的鏈路帶寬可根據(jù)服務(wù)器（）接入數(shù)量和訪問帶寬進(jìn)行明確定義。服技術(shù)概述如圖所示，是把幀封裝在以太網(wǎng)幀中，允許和的業(yè)務(wù)流量在同一個(gè)以太網(wǎng)中傳送。保留了中、的結(jié)構(gòu)以及的管理模式。在的角度來看，就是把承載在一種新型的鏈路上；在以太網(wǎng)的角度來看，僅是其承載的另外一種上層協(xié)議。由于要求網(wǎng)絡(luò)在擁塞情況下仍保持無丟包的可靠傳輸服務(wù)，故需要對(duì)以太網(wǎng)做一定的增強(qiáng)（）來避免丟包。圖在以太鏈路上承載協(xié)議棧及報(bào)文封裝網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧有五層

10、，其中定義分幀協(xié)議和流控機(jī)制，定義承載介質(zhì)類型，定義幀編解碼方式，定義通用服務(wù)，定義上層協(xié)議到的映射。是把層以上的內(nèi)容封裝到以太網(wǎng)報(bào)文中進(jìn)行承載。如圖、圖所示圖從協(xié)議棧到協(xié)議棧NI.IFiberChnn&lPayload圖報(bào)文封裝初始化協(xié)議協(xié)議是控制平面相對(duì)控制平面新增的協(xié)議，主要完成以下功能，如圖所示：發(fā)現(xiàn)：獲取流量所使用的A發(fā)現(xiàn)：獲取網(wǎng)絡(luò)中的所有的信息，然后決定和哪臺(tái)交換機(jī)建立虛鏈路連接；虛鏈路建立：向選中的發(fā)送或報(bào)文來建立虛鏈路，此時(shí)給分配地址；虛鏈路維護(hù)：虛鏈路建立后，交換機(jī)上通過收到定期發(fā)送?；顖?bào)文來進(jìn)行虛鏈路的維持，上通過定期收到交換機(jī)發(fā)送的通告報(bào)文來進(jìn)行虛鏈路的維持。圖協(xié)議交互過

11、程和地址映射圖和地址映射網(wǎng)絡(luò)中，報(bào)文中的地址是端到端不變的，而地址則是逐跳替換的。圖中，最左端為存儲(chǔ)陣列，它連接到交換機(jī)，該交換機(jī)的為；最右端為主機(jī)，它的為，并且具有一個(gè)的地址。存儲(chǔ)陣列和主機(jī)的通信過程如下：存儲(chǔ)陣列上的發(fā)送出幀，其目的地址（I為，源地址（）為1為的交換機(jī)收到報(bào)文后，查找轉(zhuǎn)發(fā)表，將其轉(zhuǎn)發(fā)到路徑最短的端口；為的交換機(jī)收到報(bào)文后，重復(fù)步驟的查表過程，發(fā)現(xiàn)該報(bào)文需要通過以太網(wǎng)絡(luò)傳送，便將報(bào)文封裝在以太報(bào)文中，該以太報(bào)文的目的地址是（接收方交換機(jī)的實(shí)體的地址），源地址是（發(fā)送方交換機(jī)的實(shí)體的地址）；當(dāng)報(bào)文到達(dá)實(shí)體的地址為的交換機(jī)后，交換機(jī)檢查報(bào)文中的在自身的范圍內(nèi)，使用新的目的地址（主

12、機(jī)的地址）和新的源地址對(duì)報(bào)文進(jìn)行重新封裝，并從相應(yīng)的端口發(fā)送；地址為的收到報(bào)文；融合增強(qiáng)型以太網(wǎng)（）傳統(tǒng)的以太網(wǎng)是一種盡力服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)模式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)有可能發(fā)生丟包，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)數(shù)據(jù)包重傳或超時(shí)現(xiàn)象。網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)的出現(xiàn)，對(duì)以太網(wǎng)提出了無丟包服務(wù)的要求。為此，和標(biāo)準(zhǔn)組織正在制定一些新的標(biāo)準(zhǔn)，它們將創(chuàng)建一個(gè)新的、更強(qiáng)大的以太網(wǎng)協(xié)議系列，這些統(tǒng)稱為融合增強(qiáng)型以太網(wǎng)（）基于優(yōu)先級(jí)的流量控制（，）：鏈路共享對(duì)于網(wǎng)絡(luò)融合至關(guān)重要。要想實(shí)現(xiàn)鏈路共享，一種流量類型的突發(fā)不能影響其他流量類型，一種流量類型的大量排隊(duì)不能爭用其他流量類型的緩存資源。當(dāng)前以太網(wǎng)的機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)不丟包的要求，但它會(huì)阻止一條鏈路上的所有流

13、量，是對(duì)機(jī)制的一種增強(qiáng)，可以在一條以太物理鏈路上創(chuàng)建個(gè)獨(dú)立的虛擬鏈路，并允許單獨(dú)暫停和重啟其中任意一條虛擬鏈路。這一方法使網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)閱蝹€(gè)虛擬鏈路創(chuàng)建無丟包類別的服務(wù)，使其能夠與同一接口上的其他類型的流量共存。圖8基于優(yōu)先級(jí)的流控)2：增強(qiáng)的傳輸選擇(可以為為不同的業(yè)務(wù)流量設(shè)定優(yōu)先級(jí)和保證帶寬，并允許低優(yōu)先級(jí)的流量使用高優(yōu)先級(jí)隊(duì)列閑置的帶寬，這樣可以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的效率。圖9增強(qiáng)的傳輸選擇擁塞通告(IEEE80)2：.1Qau當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生擁塞時(shí)，由擁塞點(diǎn)向數(shù)據(jù)源發(fā)送指示來限制引起擁塞的流量，并在擁塞消失時(shí)通知其取消限制。這樣可以把擁塞限制在網(wǎng)絡(luò)的邊緣，減少了擁塞對(duì)網(wǎng)絡(luò)其他部分造成的影響。擁塞通知提

14、供了一種在二層網(wǎng)絡(luò)對(duì)持續(xù)擁塞的流量端到端管理的方法。圖10擁塞通告數(shù)據(jù)中心橋接交換協(xié)議（）：8是數(shù)據(jù)中心設(shè)備（交換機(jī)與終端、交換機(jī)與交換機(jī)）之間的發(fā)現(xiàn)與能力交換協(xié)議。供數(shù)據(jù)中心橋接用于發(fā)現(xiàn)對(duì)等配置，并在符合要求的橋接之間交換配置信息。數(shù)據(jù)中心橋接的以下參數(shù)可由進(jìn)行交換：-中的優(yōu)先級(jí)組-擁塞通知-邏輯鏈路狀態(tài)-應(yīng)用圖數(shù)據(jù)中心橋接交換協(xié)議原理大量鏈路透明互聯(lián)：（n是一種在二層網(wǎng)絡(luò)中提供多路徑的技術(shù)，它使用協(xié)議來學(xué)習(xí)交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，?jì)算以太網(wǎng)連接各端點(diǎn)之間的最短路徑和等價(jià)路徑，支持多條并行路徑，流量可以在多條并行路徑中負(fù)載均衡，這樣可以提高網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、性能和可靠性。圖實(shí)現(xiàn)二層多路徑網(wǎng)絡(luò)部署基于的

15、網(wǎng)絡(luò)是循序漸進(jìn)、分階段進(jìn)行部署的，其部署大致分為以下兩個(gè)階段。階段一：接入層部署，實(shí)現(xiàn)服務(wù)器的整合。由于接入層的網(wǎng)卡、線纜和交換機(jī)的數(shù)量最多，因此在接入層實(shí)現(xiàn)整合將會(huì)帶來最大的好處。因此先在數(shù)據(jù)中心的接入層實(shí)現(xiàn)，即服務(wù)器支持，使用通過連接到接入層交換機(jī)，接入層交換機(jī)再分別通過以太和鏈路連接到現(xiàn)有的和。見圖。接入層交換機(jī)可以有以下兩種工作模式:模式。在此模式下，交換機(jī)和之間運(yùn)行協(xié)議，和上游交換機(jī)之間運(yùn)行的路由協(xié)議及其他的控制及管理協(xié)議，并完成報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)功能。模式。在此模式下，交換機(jī)把多個(gè)本地連接的匯聚到一個(gè)或多個(gè)鏈路。交換機(jī)在看來是一個(gè)交換機(jī)，在核心的交換機(jī)看來是一臺(tái)主機(jī)。它和上行的核心交換機(jī)共享同一個(gè)它不需運(yùn)行的路由協(xié)議，它不提供本地交換功能，端口來的流量將全部轉(zhuǎn)發(fā)到上行口。如圖示。IT圖操作此部署過程將給網(wǎng)絡(luò)帶來以下好處：服務(wù)器上傳統(tǒng)的多種接口被整合為單一的接口，大大減少了接口卡和線纜的數(shù)量；服務(wù)器的接口數(shù)量減少的同時(shí)降低了服務(wù)器的功耗；使更多的服務(wù)器可以接入到網(wǎng)絡(luò)中；無需改變的運(yùn)行管理模型，服務(wù)器即可訪問通過連接的存儲(chǔ)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了對(duì)已有的投資保護(hù)；當(dāng)接入交換機(jī)工作在模式時(shí)，簡化了網(wǎng)絡(luò)的配置管理，消除了不同